Optimisation refroidissement – Data Center
Analyse CFD pour optimiser le refroidissement d'un data center à Vénissieux
Une étude est réalisée pour analyser la distribution des températures dans les combles où sont situés les systèmes de régulation climatique. Des simulations numériques sont effectuées afin d’identifier les problèmes potentiels et d’optimiser la conception du système de climatisation. Les avantages de cette optimisation comprennent une amélioration de l’efficacité énergétique, une réduction des coûts opérationnels et de l’impact environnemental, ainsi qu’une fiabilité accrue et une durée de vie prolongée des équipements.
Analyse CFD pour optimiser le refroidissement d’un data center à Venissieux
Année
2024
Client
CEME
Localisation
France
Typologie
Data Center
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Amélioration du refroidissement des data centers : modélisation des échanges thermiques et aérauliques pour assurer le bon fonctionnement des équipements informatiques
Optimisation de l'efficacité énergétique dans les data centers : étude de distribution des températures et solutions techniques
Dans un environnement de data centers à grande échelle, il est crucial d’avoir des normes de refroidissement qui répondent aux besoins croissants de l’industrie informatique. La densité des équipements informatiques augmentant, le refroidissement de ces équipements est une préoccupation majeure pour les centres de données. EOLIOS propose son expertise en modélisation et en compréhension des échanges thermiques et aérauliques des data centers. L’objectif de cette mission consiste à étudier la distribution des températures dans les combles où sont installés les systèmes de régulation climatique de 3 data halls.
Les systèmes de climatisation actuellement en place n’étant pas suffisant, de nombreux problèmes de surchauffe surviennent fréquemment par grosse chaleur.
L’étude permettra de proposer des solutions techniques afin d’optimiser l’efficacité énergétique et garantir le bon fonctionnement des équipements informatiques. Une étude CFD permettra plus précisément d’analyser la distribution de la température autour des systèmes de rejet de chaleur afin de déterminer si le rejet calorifique des systèmes peut contaminer l’air d’alimentation par bouclage. De nombreux facteurs rentrent en compte dans ce type d’étude tels que les températures des parois, la pression du vent, la résistance interne à l’écoulement d’air, les ouvertures de l’enveloppe du bâtiment, le terrain local ou encore la présence de systèmes mécaniques brassant de l’air autour des process.
Analyses préliminaires en vue des simulations numériques
Audit du site et modélisation 3D
L’audit technique du site permet à nos ingénieurs d’identifier précisément le problème en question ainsi que les potentielles causes. Pour cela, de nombreuses mesures de températures et vitesses sont réalisées dans les zones identifiées comme cruciales. Cet audit permet aussi d’être en mesure de proposer une modélisation 3D réaliste du site, incluant une description précise de la toiture et de tous les systèmes de soufflages présents, en prenant en compte les différents modèles ainsi que leurs débits et puissance dissipée.
Pour plus de précision, il conviendra de modéliser tout l’environnement extérieur du site pouvant influer sur les vitesses et directions des vents dans un rayon de 100m.
Analyse météorologique
Une étude des conditions climatiques locales a été réalisée afin d’obtenir les températures maximales pouvant être atteintes en été dans les années à venir. De plus, les vitesses et les directions de vent moyennes, au niveau du site, ainsi que les directions de vent les plus défavorables sont relevées. Ces paramètres seront utilisés pour se placer dans les pires scénarios possibles lors des simulations afin de proposer une solution robuste à tout moment de l’année.
Etude CFD pour analyser la configuration existante
Pourquoi réaliser une étude CFD ?
La mécanique des fluides numériques ou CFD, regroupe toutes les méthodes numériques permettant d’étudier l’écoulement d’un fluide dans un environnement donné. Une étude CFD est réalisée dans le cadre de l’étude du système de climatisation d’un data center pour comprendre l’écoulement de l’air, identifier les problèmes potentiels tels que la surchauffe ou la mauvaise circulation d’air, optimiser la conception du système de climatisation et valider la performance avant la mise en service des modifications proposées. Cela garantit un fonctionnement optimal, une fiabilité accrue et une efficacité énergétique du data center.
Les limitations de la conception actuelle du système de climatisation identifié par l'étude CFD
L’étude CFD a ici permis d’identifier que le dégagement calorifique des aérorefroidisseurs est redirigé par le vent vers les zones d’apport d’air neuf. Ce phénomène de bouclage de l’air résulte en une élévation des températures de près de 15° par rapport à l’extérieur au niveau de l’aspiration. Compte tenu de la présence de ces zones de température élevée en aspiration des systèmes, la conception actuelle ne semblait pas fonctionnelle en cas de forte chaleur pour les orientations de vent majoritaires au niveau du site. Ces bouclages mis en évidence par les simulations résultaient en des arrêts en cascade des installations de régulation climatique.
Amélioration du système de refroidissement de data center existant
Solutions techniques proposées pour limiter le bouclage d’air
Afin de réduire les températures à l’entrée d’aspiration des systèmes, les zones d’apport d’air neuf sont déplacées loin des zones de rejets calorifiques afin de diminuer la recirculation. De plus, de nouvelles entrées d’air sont positionnées en toiture, loin de la zone de rejet, afin d’augmenter l’apport d’air à température extérieure sous toiture. Enfin, l’isolation de la toiture a été revue à la hausse afin de limiter les apports solaires sous toiture.
"Importance du bon placement des ouvertures d'aération : Analyse approfondie des échanges thermiques et aérauliques pour une efficacité optimale"
Ces mesures visent à améliorer le fonctionnement global des systèmes en réduisant l’influence de l’air chaud des rejets et en limitant l’apport d’air extérieur chargé en calories entraînant l’augmentation de température sous toiture.
Les résultats de cette nouvelle conception démontrent une réduction des températures en aspiration des systèmes. Les simulations ont révélé que cette nouvelle conception a globalement permis de réduire les températures globales et d’obtenir en entrée d’air une température proche de la température extérieure.
Les bénéfices de l'optimisation des systèmes de refroidissement d'un data center
Les avantages de l'optimisation du refroidissement dans les data centers : efficacité énergétique et fiabilité accrue
En conclusion, l’optimisation des systèmes de refroidissement d’un data center a présenté de nombreux bénéfices. Tout d’abord, cela a pour objectif d’améliorer l’efficacité énergétique, réduisant ainsi les coûts opérationnels et l’impact environnemental.
Par ailleurs, ces améliorations permettent de garantir une fiabilité accrue en prévenant les problèmes liés à la surchauffe, et de prolonger la durée de vie des équipements. En maintenant des conditions de température adéquates, l’usure prématurée des composants est réduite et les défaillances dues à des températures extrêmes sont évitées.
Optimisation CFD
Des températures maîtrisées et une bonne régulation de l’humidité favorisent le fonctionnement optimal des serveurs, des baies de stockage, et autres dispositifs, garantissant ainsi une efficacité maximale. C’est un investissement essentiel pour garantir un fonctionnement optimal du data center tout en réduisant les coûts énergétiques.
Synthèse vidéo de l'étude
Résumé de l'étude
Objectif:
Réaliser une analyse CFD pour optimiser le refroidissement d’un data center situé à Vénissieux et garantir le bon fonctionnement des équipements informatiques.
Méthodologie:
Étude préliminaire:
- Audit du site: Relevés des données physiques du data center (dimensions, disposition des racks, etc.)
- Modélisation 3D: Création d’un modèle numérique précis du data center
- Analyse météorologique: Prise en compte des conditions climatiques locales (température, humidité, etc.)
Simulations CFD:
- Simulations des flux d’air et des transferts thermiques dans le data center
- Analyse des conditions aérauliques et thermiques (température, vitesse d’air, etc.)
- Identification des zones critiques (surchauffe, mauvaise circulation d’air)
Recommandations:
- Proposition de solutions techniques pour optimiser le placement des systèmes d’aération
- Amélioration de l’efficacité énergétique du data center
- Réduction des coûts d’exploitation
